CN102837703A

CN102837703A - 估算车辆速度曲线的方法和系统及包括该系统的机动车辆

Info

Publication number: CN102837703A
Application number: CN2012102140695A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·莱文; 约翰·伦贝里
Original assignee: Volvo Car Corp
Current assignee: Bolestar Performance Co ltd
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: EP2537727B1; CN102837703B; EP2537727A1; US20120326856A1; US9187097B2

Abstract

本发明涉及用于估算车辆速度曲线的方法和系统及包括该系统的机动车辆。所述车辆具有方向盘并且包括具有至少一个记录的地图数据库。所述记录显示至少一条路径，所述车辆位于路径上，并且所述路径呈现出多个位置点。这些点的一部分表示限定出一个路段的相邻点。所述车辆进一步包括与所述地图数据库通信连接的定位器装置。所述方法包括以下步骤：确定车辆的位置并且将所述位置与路径上的点中的第一个点相匹配，识别正在接近的路段点以及根据地图数据估算路段速度曲线。

Description

估算车辆速度曲线的方法和系统及包括该系统的机动车辆

技术领域

本发明涉及一种估算速度曲线的方法。车辆具有方向盘并且包括具有至少一个记录的地图数据库。所述记录显示至少一条路径，所述车辆位于该路径上，并且所述路径呈现出多个位置点。这些点的一部分表示限定出一个路段的相邻点。所述车辆进一步包括与所述地图数据库通信连接的定位器装置。所述方法包括以下步骤：确定车辆的位置且将所述位置与路径上的点中的第一个点相匹配；识别正在接近的路段点；以及部分地基于地图数据来估算路段速度曲线。

背景技术

由于例如在弯道、十字路口、环形交叉路等中车辆失控而发生的车辆冲出事故构成了所有冲出道路事故的主要部分。根据致命事故分析报告系统（FARS），即，保存事故中事实的美国数据库，所有致命碰撞中的14%是由于车辆不能驶过弯道而发生的。为了帮助驾驶者在通过关键道路（例如弯道）之前降低速度，弯道速度警告（CSW）系统已经被开发出。此类系统通过声音/视觉/触觉等警报警告驾驶者，使驾驶者意识到车速对于安全驶过即将到来的弯道来说过高。此类系统例如能够当车辆接近要求低速以保证安全的关键静态交通环境时将车辆速度与预定的最大极限对比。如果速度高于该极限，系统警告驾驶者。检查速度是否过高而不能应对即将到来的弯道等的一种更复杂的方法是采用汽车的加速度和当前速度来估算未来的速度曲线。最大加速度极限能够设定在距即将到来的弯道等预定距离处。另一种步骤被称为弯道速度控制（CSC）系统，其在弯道或者任意其它需要较低速度的静态交通环境之前自动降低车辆的速度。

US2007/0150157A1涉及一种适用于具有驾驶者的车辆的车辆弯道速度控制系统。此系统包括显示当前车辆路径的地图数据库和通信地耦接至数据库且被构造成用于确定车辆在路径上的位置的定位器装置。此系统进一步包括控制器，所述控制器被构造成用于根据曲率或者半径识别接近的弯道的曲线点，并且根据驾驶者偏好和/或车辆特征输入来确定所需的速度曲线。根据当前车速和所需的速度曲线确定加速度曲线。本控制回路处的加速或者减速命令朝着实现最优弯道速度被修改并且被传递至刹车或者加速模块以相应地自动使车辆加速或者减速。

当在道路上驾驶车辆时，用于加速或者减速的自然极限是由道路表面上能够出现的（available）摩擦力设定。如上所述的系统经常考虑到在纵向方向或者横向方向上的最大可能加速度但不能将它们结合考虑。例如，如果驾驶者在转弯通过狭窄弯道的同时刹车，可能不会达到最大横向加速度极限，但由于刹车操作车辆仍有可能失去控制并且冲出道路。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于估算车辆速度曲线的改进方法。

本发明提供了用于估算车辆速度曲线的方法和系统。另外，本发明提供了具有此类系统的机动车辆。所述车辆具有方向盘并且包括具有至少一个记录的地图数据库。记录显示至少一条路径，车辆位于该路径上，并且路径呈现出多个位置点。这些点的一部分代表限定出路段的相邻点。车辆进一步包括与地图数据库通信连接的定位器装置。所述方法包括以下步骤：检查车辆的位置并且将该位置与路径上的点中的第一个点匹配；识别接近的路段点；以及根据地图数据估算路段速度曲线。在估算速度曲线的步骤中，使用取决于最大可能纵向加速度和最大可能横向加速度之间的关系的加速度极限图来确定速度曲线中的最大允许加速度。

本方法比先前已知的方法更有效、安全和精确，这是因为在估算速度曲线的步骤中，取决于最大可能纵向加速度和最大可能横向加速度之间的关系的加速度极限图是计算出来的以确定速度曲线中的最大允许加速度。当计算加速度极限图时通过结合考虑所述加速度之间的关系，所估算的速度曲线将会因为加速度极限图而更加优化和安全，并且因此所估算的速度曲线比先前存在的解决方案更加准确地反映出了真实情况。

因此，实现了上述目的。

在另一个实施例中，在估算速度曲线的步骤中，加速度极限图的计算是建立在驾驶者设定的用于限定驾驶方式的至少一个参数基础上的。此驾驶方式例如可为舒适驾驶、环保驾驶或者运动型驾驶方式。建立在驾驶者偏好基础上的估算速度曲线的优点在于，驾驶者将体验到与驾驶者的期望一致的由车辆建议的速度曲线。驾驶者带有怒气在交通情况中本身就是危险的并且满意的驾驶者因此更安全。

在另一个实施例中，在估算速度曲线的步骤中，加速度极限图的计算是建立在以下参数中至少一个的基础上的：与能够出现的道路摩擦相关的参数、与车辆特定数据相关的参数。与能够出现的道路摩擦有关的参数的示例可为户外温度、空气湿度、道路表面反射和道路表面类型和平滑度。现代的车辆具有多个传感器、摄像机等并且能够提供很多信息。结合考虑影响能够出现的摩擦的参数将带来对于能够出现的摩擦的更加安全的确定。车辆特定参数可为车辆类型、当前载荷率和当前重心。

在另一个实施例中，在估算速度曲线的步骤中，加速度极限图的确定是建立在以下参数中至少一个的基础上的：道路曲率、道路堆积（banking）和道路坡度。

在另一个实施例中，在估算速度曲线的步骤中，采用以下关于能够出现的摩擦的参数中的至少一个：从设置在车辆中的防锁死制动ABS系统接收的参数、从设置在车辆中的电子稳定控制ESC系统接收的参数、外部温度、空气湿度、道路表面反射、道路表面平滑度、从其它车辆无线地接收的参数和从周围基础设施无线地接收的参数。周围基础设施例如可为移动电话网络、无线电信息或者由交通标志发射的信息等。

在另一个实施例中，所述方法包括以下步骤：根据当前车速、当前车辆纵向加速度和当前车辆横向加速度计算预计的路段车辆速度曲线，并且将估算的路段速度曲线与预计的路段速度曲线对比。

在另一个实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：如果预计的路段车辆速度曲线超过估算的路段速度曲线则警告驾驶者。在此情况下，优选在预计的路段速度超过估算的路段速度曲线的情况发生之前发出警告，以给驾驶者提供反应时间并且在潜在的危险状况发生之前降低车速。

在另一个实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：如果预计的路段车辆速度曲线超过估算的路段速度曲线则使车辆减速。

在另一个实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：如果预计的路段车辆速度曲线低于估算的路段速度曲线则告知驾驶者。

当阅读所附权利要求和以下详细描述时本发明具有的其它特征和优点将变得清晰。本领域普通技术人员将意识到，在不背离所附权利要求限定出的本发明范围的前提下，本发明的不同特征能够组合以形成接下来描述的那些实施例以外的实施例。

附图说明

从接下来的详细描述和附图中，本发明的多个方面（包括它的部分特征和优点）将变得容易理解，其中：

图1示出了摩擦圆。此圆显示了由于在x方向和y方向上能够出现的摩擦力而产生的最大加速度。

图2示出了对于弯道速度估算器（CSE）系统的横向（a_y）和纵向（a_x）加速度关系的一个实例。

图3示出了横向（a_y）和纵向（a_x）加速度关系的另外一个实例。

图4示出了一般横向（a_y）和纵向（a_x）加速度关系的一个实例。

图5示出了一般横向（a_y）和纵向（a_x）加速度关系的一个实例，和被示出为摩擦圆的最大能够出现的摩擦力。在此图中，加速度a_y和a_x已经通过重力常数g标准化。

图6示出了加速度将终止于摩擦圆之外，如果同时达到横向（a_y）和纵向（a_x）加速度极限而不考虑它们之间的关系的话，结果是失去抓力。在此图中，加速度a_y和a_x已经通过重力常数g标准化。

图7示出了采用弯道速度估算（CSE）系统的弯道速度警告（CSW）系统的原理。

图8示出了以过高速度接近弯道的车辆。

图9是一个框图，示出了弯道速度警告（CSW）/弯道速度控制（CSC）系统结构的一个实例。

图10示出了弯道速度估算（CSE）系统的界限图。

图11示出了根据本发明的加速度极限图。

具体实施方式

现将结合示出实例性实施例的附图更全面地描述本发明。然而，本发明不应当被理解为局限于在此处所阐明的实施例中。如本发明所属的技术领域的普通技术人员容易理解的，实例性实施例的公开特征能够进行组合。全文中相同的标号代表相同的元件。

为了简洁和/或清晰的目的，众所周知的功能或者结构将不必详细描述。

图1示出了摩擦圆，示出了由于在x方向上和y方向上能够出现的摩擦力而产生的车辆最大可能加速度。示为圆的形状是一个理想状态，在此假设在任意方向，纵向，横向或者其组合上恰好具有相同的最大加速度。事实上，纵向和横向方向之间的关系将更复杂。

最大能够出现的摩擦力由能够出现的道路摩擦系数μ和重力常数g给出，为μ*g。很多参数影响能够出现的摩擦系数，所述参数例如为室外温度，道路表面材料和空气湿度，道路表面结构，道路表面。如能够从图中看到的，能够出现的摩擦力能够被用于纵向方向上、横向方向上或者其组合上的加速，或者减速。如果任意方向上的加速度超出了圆，车辆将会失去抓力，因此产生冲出事故的风险。

图2通过用于弯道速度估算器（CSE）系统的横向（a_y）和纵向（a_x）加速度关系的一个实例性实施例示出了根据本发明一个实例的加速度极限图。CSE计算对于每一个路径的至少一个速度曲线。预设速度曲线通常为舒适的速度曲线。其它速度曲线可为由驾驶者设定的安全速度曲线、环保驾驶速度曲线或者运动型速度曲线。关于当前车辆位置周围及前面的当前静态和动态环境的信息与地图数据一起用来计算速度曲线。所需速度曲线中的极限由横向和纵向动态加速度极限图设定。

纵向和横向方向上的加速度互相依赖并且速度中的极限是由横向和纵向加速度设定的。加速度如前所述互相依赖。速度与这两个加速度之间的关系能够分别如下表示，横向加速度表示为a_y，i＝v_i ²C_i，纵向加速度表示为

v_i是样本点i中的车速，v_i+1是下一个样本点i+1中的车速，C_i是弯道的样本点i中的曲率，定义为弯曲半径的倒数，并且ΔT_i是两个样本之间的时间。横向加速度和纵向加速度之间的关系，即加速度极限图，能够由于例如道路摩擦力、驾驶方式或者车辆状态而改变。一些车辆配置和类型能够例如当在弯道中驾驶时允许更高的加速度。此关系甚至取决于左转或者右转。为了获得最大舒适度和安全性，目标是在具有最小半径的点中具有零纵向加速度。在所示出的特定实例中，分别处于x和y方向上的加速度极限是对称的。然而横向和纵向加速度的极限还取决于车速，因为驾驶者趋向于在更高速度下避免更高的横向加速度。

图3通过横向（a_y）和纵向（a_x）加速度关系示出了根据本发明加速度极限图的另一个实例。在此实例中，x和y加速度极限并不互相线性依赖。非线性关系将更准确，因为能够出现的抓力非线性地取决于纵向和横向加速度。另外，由于舒适性和安全性两个原因，横向加速度极限可被设定成与纵向加速度限制不同的数值。驾驶方式越激进，加速度极限图内部的面积将变得越大。舒适或者环保驾驶方式加速度极限图将导致加速度极限图内部更小的面积并且很好地终止于摩擦圆内部，因此确保能够出现的抓力。

图4示出了根据本发明的加速度极限图的再一个实例。在此实例中，在加速时允许的横向加速度不是如同减速时相同的方式那样取决于纵向加速度。

图5示出了加速度极限图的一个实例，连同示出为摩擦圆的最大能够出现的摩擦力。如从图中所见，加速度极限图很好地位于摩擦圆内部。

图6示出了如果横向加速度和纵向加速度最终极限同时达到时将会发生的情况的一个实例；所产生的加速度将终止于摩擦圆的外面。因此对于能够出现的摩擦力来说该加速度将过高并且处于此状况的车辆将失去抓力且可能因此而产生道路偏离。因此，重要的是当确定加速度极限时要考虑到横向加速度与纵向加速度之间的关系。

图7示出了采用弯道速度估算（CSE）系统的弯道速度警告（CSW）系统的原理。CSW系统估算通过即将到来的弯道的即将到来的速度。如图中所示出的，如果速度并未降下的话估算的车辆速度将在警告区的起始处超过合适的速度曲线。CSW系统此时将相应地警告驾驶者。只要估算的车速超过合适的速度曲线，警告信息和/或警告声音就一直持续。应注意的是，警告区优选在预计速度超过估算的速度曲线之前开始，以给驾驶者提供反应时间并且在潜在的危险情况发生之前降低车速。

图8示出了以过高速度的接近弯道的车辆。在警告区的起点和警告区的终点之间，预计速度超过了合适的速度曲线并且弯道速度警告系统将相应地报警。警告将一直持续，直到估算的速度低于合适的速度曲线为止。

图9是一个框图，示出了弯道速度警告（CSW）/弯道速度控制（CSC）系统结构的一个实例。弯道速度估算器（CSE）能够使用通过地图数据来自于电子化水平仪（EH）的信息、与道路能够出现的摩擦力有关的数据、车辆特定数据和由驾驶者设定的参数来估算所需速度曲线。因此用于估算速度曲线的动态信息可为道路摩擦力、天气状况，但不是当前车速。静态信息例如车道标志线类型和沿途标志同样从地图数据中被考虑进去。当前车辆状态参数例如车辆类型、影响翻转行为的质心、影响载荷率的乘客数量和车辆的重量同样影响速度曲线。此方法还可以结合考虑是否连接有拖车以及拖车/车辆的质量关系。有关弯道处理的驾驶方式能够被进一步测量并且进入考虑范围。这些测量能够例如是弯道之前的刹车、弯道出口处的加速度和切角（cutting corners，抄近路）。弯道速度警告（CSW）系统和弯道速度控制（CSC）系统将估算的速度曲线与基于当前车速和当前车辆加速度得出的预计即将到来的车辆速度进行比较以分别警告驾驶者和控制车速。

图10示出了弯道速度估算（CSE）系统的一个实例的界限图。从地图数据中，关于道路曲率、道路堆积和道路坡度的信息被获得。另外，关于能够出现的道路摩擦力、车辆特定数据和驾驶者偏好的信息被获得。根据此信息，执行速度曲线的估算。

图11示出了根据本发明的弯道速度估算（CSE）系统的一个实例的界限图。为了确定动态加速度极限图，关于能够出现的道路摩擦力、特定车辆驾驶和由驾驶者设定的偏好的数据被纳入考虑范围。加速度极限图是以如图2-5中所示出的横向方向上的加速度与纵向方向上的加速度之间所呈现的关系为基础的。此图根据影响加速度极限的数据中的变化持续进行再计算。

用于确定能够出现的道路摩擦力的参数例如可为关于道路表面材料的信息、外部温度、空气湿度、来自于防锁死制动系统（ABS）、电子稳态控制（ESC）系统的信息和来自于轮胎的任何振动的大小，由车辆中的传感器提供。其它参数是可能取决于出现在道路表面上的雪、冰、油或者沙石的道路表面平滑度。关于道路摩擦力的另外的其它信息能够通过与其它车辆或者交通基础设施的无线通信来收集。

来自于车辆的有关于重心、当前载荷率、当前速度和在纵向方向上以及在横向方向上的当前加速度的信息能够被应用。

如本领域普通技术人员理解的，以上描述的实例性实施例能够进行组合。虽然本发明是结合实例性实施例进行描述的，但很多不同替换、修改等对于本领域普通技术人员是显而易见的。应当理解前面的描述是对各种实例性实施例的解释并且本发明不局限于所公开的特定实施例中，并且对于所公开的实施例的修改、对所公开的实施例的特征的组合和其它实施例将被包含在所附权利要求的范围内。

除非另有定义，否则本文中所应用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本发明所属技术领域普通技术人员的一般理解相同的意思。应进一步理解的是，例如那些在通用词典里所定义的术语应当被解释为具有与相关技术环境中它们的意思一致的意思，并且不应以理想化或者完全形式化的意思进行解释，除非本文特别定义。

在此已经结合示意性表明了本发明的理想化实施例（和中间结构）的横截面视图对本发明的实例性实施例进行了描述。如此，能够预料到由于例如生产技术和/或公差而导致的与视图的形状之间的不同。因此，本发明的实施例不应当被理解为局限于本文所标明的区域的特定形状内而应当包含由例如生产所导致的形状上的误差。

Claims

1.一种估算车辆速度曲线的方法，所述车辆具有方向盘并且包括具有至少一个记录的地图数据库，其中所述记录表示至少一个路径，所述车辆位于所述路径上，所述路径呈现出多个位置点，并且其中所述点中的一部分代表限定出一个路段的相邻点，所述车辆进一步包括通信地连接至所述地图数据库的定位器装置，

所述方法包括以下步骤：

-确定所述车辆的位置并且将所述位置与所述路径上的所述点中的第一个点相匹配，

-识别正在接近的路段点，

-根据地图数据估算速度曲线，

其特征在于

在估算所述速度曲线的步骤中，取决于最大可能纵向加速度与最大可能横向加速度之间的关系的加速度极限图被用于确定所述速度曲线中的最大允许加速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在估算所述速度曲线的步骤中，所述加速度极限图的确定是建立在由驾驶者设定的限定驾驶方式的至少一个参数的基础上的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在估算所述速度曲线的步骤中，所述加速度极限图的确定是建立在以下参数中的至少一个的基础上的：关于能够出现的道路摩擦的参数和关于车辆特定数据的参数。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，在估算所述速度曲线的步骤中，所述加速度极限图的确定是建立在以下参数中的至少一个的基础上的：道路曲率、道路堆积和道路坡度。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，在估算所述速度曲线的步骤中，关于能够出现的摩擦的以下参数中的至少一个被采用：从设置在所述车辆中的防锁死制动ABS系统接收的参数、从设置在所述车辆中的电子稳态控制ESC系统接收的参数、外部温度、空气湿度、道路表面反射、道路表面平滑度、从其它车辆无线接收的参数以及从周围基础设施无线接收的参数。

6.根据任一前述权利要求中所述的方法，包括以下进一步步骤：

-根据当前车辆速度、当前车辆纵向加速度和当前车辆横向加速度计算预计的路段车辆速度曲线，

-将估算的路段速度曲线与所述预计的路段速度曲线相对比。

7.根据权利要求6所述的方法，包括以下进一步步骤：

-如果所述预计的路段速度曲线超过所述估算的路段速度曲线则警告所述驾驶者。

8.根据权利要求6或7所述的方法，包括以下进一步步骤：如果所述预计的路段速度曲线超过所述估算的路段速度曲线则使所述车辆减速。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的方法，包括以下进一步步骤：

如果所述预计的路段速度曲线低于所述估算的路段速度曲线则告知所述驾驶者。

10.一种估算车辆速度曲线的系统，所述车辆具有方向盘并且包括具有至少一个记录的地图数据库，其中所述记录表示至少一条路径，所述车辆位于所述路径上，所述路径呈现多个位置点，并且其中所述点中的一部分代表限定出一个路段的相邻点，所述车辆进一步包括通信地连接至所述地图数据库的定位器装置，

所述系统包括：

-确定所述车辆的位置且将所述位置与所述路径上的所述点中的第一个点相匹配的装置，

-识别正在接近的路段点的装置，

-根据地图数据估算速度曲线的装置，

其特征在于

估算所述速度曲线的装置包括：取决于最大可能纵向加速度与最大可能横向加速度之间的关系的加速度极限图被用于确定所述速度曲线中的最大允许加速度。

11.一种具有根据权利要求10所述的系统的机动车辆。